JPH07145437A - かご形回転子の低圧鋳造用アルミニウム合金 - Google Patents

かご形回転子の低圧鋳造用アルミニウム合金

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JPH07145437A
JPH07145437A JP31453893A JP31453893A JPH07145437A JP H07145437 A JPH07145437 A JP H07145437A JP 31453893 A JP31453893 A JP 31453893A JP 31453893 A JP31453893 A JP 31453893A JP H07145437 A JPH07145437 A JP H07145437A
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JP
Japan
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mold
alloy
short
pressure casting
cage rotor
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Pending
Application number
JP31453893A
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English (en)
Inventor
Yukio Kuramasu
幸雄 倉増
Keiichi Matsumura
慶一 松村
Tsutomu Nanbu
勤 南部
Yoichi Oki
陽一 沖
Koichi Manaka
功一 間中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikkei Techno Research Co Ltd
Fuji Electric Co Ltd
Nippon Light Metal Co Ltd
Original Assignee
Nikkei Techno Research Co Ltd
Fuji Electric Co Ltd
Nippon Light Metal Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】積層鉄心の外周を金型で囲み、この金型の下部
から溶湯を空気圧で注入して溝導体と上下の短絡環とを
形成するアルミニウム合金の組成を、シリコン3重量
%、残部をアルミニウムとし、更にチタン0.01重量
%、及びボロン0.001重量%を添加する。 【効果】電気導電率の低下は少なくかご形回転子として
充分実用的である。金型内で充分な指向性凝固が得られ
て押湯効果が大きく、引け巣欠陥が防止される。指向性
凝固が得られて緻密な結晶粒界が強化されるので、応力
割れを防止して疲労強度が向上する。固相線温度が低い
分だけ金型予熱温度が低くて型変形が少なく、型の分割
面からの溶湯の漏れが減少し、積層鉄心の絶縁皮膜の劣
化が減少し、溶湯の温度が低くて酸化による欠陥が減少
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、回転電機のかご形回
転子の低圧鋳造用に適し、電気導電率が比較的に良好な
導体用のアルミニウム合金の組成に関する。
【0002】
【従来の技術】かご形回転子の導体の形成方法には、回
転子の外径寸法の小さい方から大別して、ダイカスト
法、低圧鋳造法(低圧金型鋳造法)及び銅又は銅合金の
溝導体バーに短絡環をろう接するろう接方法がある。ダ
イカスト法は、電気導電率が比較的に良好な純アルミニ
ウム(約99.7%)を使用して小形のかご形回転子に
適用され、電気的特性、電気的寸法及び機械的強度の余
裕があり、大量生産するので設備投資が容易である。ダ
イカスト法は回転子の外径で200〜300φの範囲が
ほぼ限界とされる。回転子の外径で300〜500φの
範囲の回転電機は、比較的に多種少量生産であり、導体
に純アルミニウムを使用して低圧鋳造法が適用可能であ
り、同一寸法のものにダイカスト法を適用するより材料
欠陥がなく品質が良好である。
【0003】図6は一般的な低圧鋳造装置の縦断面図で
ある。図において、溶湯1を補充可能に蓄え空気口2a
と蓋2bとを持つ保持炉2には、ストーク3が底部近く
まで浸漬している。ストーク3の上端に、上下に分離可
能で上湯口4aを持つ湯溜まり部4が液密に接合され
る。下型5は、上湯口4aと連通可能な型湯口5bと下
の短絡環のためのキャビティ5aとを備える。中間型6
は、軸心に軸6aを挿入し周辺に導体用の溝のためのキ
ャビティ7aを備えて積層鉄心7の外周を囲む。上型8
は、上の短絡環のためのキャビティ8aと羽根のための
キャビティ8bとを備える。湯溜まり部4と下型5と中
間型6と上型8とは相互の接合面で分離可能である。
【0004】軸心に軸6aを挿入した積層鉄心7を下型
5と中間型6と上型8との中に装着し、金型全体を適宜
に予熱して湯溜まり部4に液密に接合した後に、空気な
どの気体圧(0.05〜0.1気圧程度)を空気口2a
から加圧すると、溶湯1はストーク3を上昇し、湯溜ま
り部4、上湯口4a、型湯口5bを経由し、下の短絡環
のキャビティ5a、溝のキャビティ7a、上の短絡環の
キャビティ8a、羽根のキャビティ8bと順次に上昇し
て全キャビティを充満する。キャビティ内の溶湯が凝固
したら、上湯口4aと型湯口5bとの間の導体金属を切
り離すようにして湯溜まり部4から下型5を分離する。
その後に下型5と中間型6と上型8とを分離すれば、中
から溝導体と短絡環と羽根とを備えたかご形回転子が取
り出せる。充分な容積を持つ湯溜まり部4の中の溶湯が
凝固しないうちに下型5を分離する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】純アルミニウムを使用
して低圧鋳造したかご形回転子の導体、特に、短絡環に
は、次の欠陥が見られることがある。 (1)上の短絡環に引け巣欠陥が発生する。 (2)上の短絡環の表面に割れ(ヘアークラックなど)
が発生する。
【0006】図3は純アルミニウムによる上の短絡環の
金属組織を示す写真である。この図3によれば、結晶は
かなり粗大化している。そして、上記欠陥(1)、
(2)は、かご形回転子が大形であるほど、短絡環の断
面積(容積)が大きいほど、積層鉄心が長く溝導体が細
いほど、発生しやすく、疲労強度も低下する。そのよう
な種類のかご形回転子は銅又は銅合金の溝導体バーに短
絡環をろう接する方法に設計変更せざるを得ず、高価に
なる。
【0007】前記欠陥を分析すると、(1)は、細い溝
を中間に介して上下に肉厚部(短絡環)を有する形状と
なっていると共に、純アルミニウムは固相線温度と液相
線温度との差が約3°Cと小さく、金型内の導体が上方
から下方へ順次に凝固するという充分な指向性凝固が得
られないため、押湯効果がほとんどないことに起因す
る。(2)は、鋳造時の内部応力によるアルミニウム粒
界の応力割れと見られる。
【0008】この発明の目的は、電気導電率をあまり低
下させることなく、短絡環の引け巣欠陥や応力割れを防
止し、あわせて疲労強度の高いかご形回転子の低圧鋳造
用アルミニウム合金を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】発明1のかご形回転子の
低圧鋳造用アルミニウム合金は、軸心に軸を挿入し周辺
に導体用の溝を備える積層鉄心の外周を金型で囲み、こ
の金型の下部の湯口の下方から溶湯を低い気体圧で注入
して溝導体と上下の短絡環とを形成するアルミニウム合
金の組成を、シリコン2〜4重量%、残部をアルミニウ
ムとするものである。このとき、発明2は、チタン0.
01〜0.2重量%、及びボロン0.001〜0.01
重量%を添加するものである。
【0010】
【作用】発明1によれば、最も欠陥の発生しやすい上方
の短絡環において、(a)電気導電率の低下は、純アル
ミニウムで60IACS%、シリコン4重量%で46I
ACS%であり、かご形回転子の合金として、シリコン
は2〜4重量%の範囲程度で充分実用的である。(b)
固相線温度と液相線温度との温度差が3°Cから63°
Cと拡大され、金型内で充分な指向性凝固が得られ、押
湯効果が大きくて引け巣欠陥が防止される。(c)充分
な指向性凝固が得られかつ、結晶が緻密で結晶粒界が強
化されるので、応力割れを防止し、疲労強度が向上する
(d)固相線温度が80°C低い分だけ金型予熱温度が
低くて型変形が少なく、型の分割面からの溶湯の漏れが
減少し、積層鉄心の絶縁皮膜の劣化が減少し、溶湯の温
度が低くて酸化による欠陥が減少する。(e)溶湯の湯
流れ性が向上し、これに起因する欠陥が減少する。
【0011】発明2によれば、チタンとボロンの添加は
微量であり、従って電気導電率の低下は影響を受けず、
結晶は更に緻密となり疲労強度は向上する。
【0012】
【実施例】図1は実施例1の合金による上の短絡環の金
属組織を示す写真、図2は実施例2の合金による上の短
絡環の金属組織を示す写真であり、図4は実施例2を含
むシリコンの重量%に関する電気導電率(IACS%)
の曲線図、図5は実施例2と純アルミニウムとの比較に
よる疲労曲線図である。
【0013】実施例1は、図6で説明した低圧鋳造装置
を使用するものであり、軸心に軸を挿入し周辺に導体用
の溝を備える積層鉄心の外周を金型で囲み、この金型の
下部の湯口の下方のストークから溶湯を低い気体圧で注
入して溝導体と上下の短絡環とを形成するアルミニウム
合金の組成を、シリコン3重量%、残部をアルミニウム
とし、更にチタン0.01重量%、及びボロン0.00
1重量%を添加した合金である。
【0014】実施例1の合金による上の短絡環の金属組
織の写真は図1に示すように、先に図3で示した、純ア
ルミニウムによる上の短絡環の金属組織の写真と比較し
て明瞭に判るように、極めて結晶は緻密である。
【0015】実施例2の合金はチタンとボロンとを添加
せず、シリコン3重量%、残部をアルミニウムとする合
金である。図3で示した、純アルミニウムによる上の短
絡環の金属組織の写真と比較して明瞭に判るように、実
施例1ほどではないが極めて結晶は緻密である。実施例
1と実施例2の差は当然にチタンとボロンとの添加によ
る影響である。図4の電気導電率(IACS%)から判
るように、純アルミニウムで60IACS%、シリコン
4重量%で46IACS%であり、かご形回転子の合金
として、シリコンは2〜4重量%の範囲程度で充分実用
になる。図5で判るように疲労強度は、N=106 まで
なら、シリコン3重量%、残部をアルミニウムとする合
金は、純アルミニウムよりはるかに強度が高い。疲労強
度が問題になるのは、通常の定速度の径方向の遠心力の
みのときではなく、これに始動による円周方向の分力が
ベクトルとして加わるときであり、一般的に使用される
回転電機の始動頻度は、N=106 をはるかに下回るの
で、シリコン3重量%、残部をアルミニウムとする合金
は、実用上、充分高い疲労強度を備えることになる。
【0016】実施例2のシリコン3重量%、残部をアル
ミニウムとする合金が上の短絡環の引け巣欠陥や応力割
れを防止する理由は次のように説明される。
【0017】(1)純アルミニウムの固相線温度と液相
線温度及びその差は、657°C、660°C及び3°
Cであるのに対し、実施例2のシリコン3重量%、残部
をアルミニウムとする合金のそれらは、577°C、6
40°C及び63°Cである。実施例2は純アルミニウ
ムに対して固相線温度と液相線温度との温度差が60°
C大きく、金型内の導体が上方から下方へ順次に凝固す
るという充分な指向性凝固が得られ、押湯効果が大き
い。このため、引け巣欠陥が防止される。
【0018】(2)充分な指向性凝固が得られかつ、結
晶が緻密で結晶粒界が強化されるので、応力割れを防止
し、疲労強度を向上する。
【0019】(3)固相線温度が80°C低いので、金
型予熱温度がそれだけ低くて型変形が少なく、型の分割
面からの溶湯の漏れが減少し、積層鉄心の絶縁皮膜の劣
化が減少し、溶湯の温度が低くて酸化による欠陥が減少
する。
【0020】(4)溶湯の湯流れ性が向上し、これに起
因する欠陥が減少する。
【0021】実施例1の更にチタン0.01重量%、及
びボロン0.001重量%を添加した合金では、金属組
織が更に緻密になり、機械的強度が向上する。なお、チ
タンとボロンの添加量は、チタン0.01〜0.2重量
%、及びボロン0.001〜0.01重量%と微量に添
加するのがよく、この程度では、実施例2のシリコン3
重量%、残部をアルミニウムとする合金の固相線温度及
び液相線温度は影響されない。
【0022】
【発明の効果】発明1のかご形回転子の低圧鋳造用アル
ミニウム合金によれば、純アルミニウムと比較して、最
も欠陥の発生しやすい上方の短絡環において、電気導電
率の低下は少なくてかご形回転子の合金として充分実用
的であり、金型内で充分な指向性凝固が得られて押湯効
果が大きく、引け巣欠陥が防止されるという効果があ
り、充分な指向性凝固が得られて緻密な結晶粒界が強化
されるので、応力割れを防止し、疲労強度が向上すると
いう効果がある。
【0023】さらに、固相線温度が低い分だけ金型予熱
温度が低くて型変形が少なく、型の分割面からの溶湯の
漏れが減少し、積層鉄心の絶縁皮膜の劣化が減少し、溶
湯の温度が低くて酸化による欠陥が減少し、溶湯の湯流
れ性が向上し、これに起因する欠陥が減少するという効
果がある。
【0024】発明2によれば、チタンとボロンの添加は
微量で電気導電率の低下は影響を受けず、結晶は更に緻
密であり疲労強度は向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の合金による上の短絡環の金属組織を
示す写真
【図2】実施例2の合金による上の短絡環の金属組織を
示す写真
【図3】純アルミニウムによる上の短絡環の金属組織を
示す写真
【図4】実施例2を含むシリコンの重量%に関する電気
導電率の曲線図
【図5】実施例2と純アルミニウムとの比較による疲労
曲線図
【図6】一般的な低圧鋳造装置の縦断面図
【符号の説明】
1 溶湯 2 保持炉 3 ストーク 4 湯溜まり部 5 下型 5a キャビティ 6 中間型 6a 軸 7 積層鉄板 7a キャビティ 8 上型 8a キャビティ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松村 慶一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 南部 勤 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 沖 陽一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 間中 功一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軸心に軸を挿入し周辺に導体用の溝を備え
    る積層鉄心の外周を金型で囲み、この金型の下部の湯口
    の下方から溶湯を低い気体圧で注入して溝導体と上下の
    短絡環とを形成するアルミニウム合金の組成を、 シリコン2〜4重量%、残部をアルミニウムとすること
    を特徴とするかご形回転子の低圧鋳造用アルミニウム合
  2. 【請求項2】請求項1記載のかご形回転子の低圧鋳造用
    アルミニウム合金において、チタン0.01〜0.2重
    量%、及びボロン0.001〜0.01重量%を添加す
    ることを特徴とするかご形回転子の低圧鋳造用アルミニ
    ウム合金。
JP31453893A 1993-11-19 1993-11-19 かご形回転子の低圧鋳造用アルミニウム合金 Pending JPH07145437A (ja)

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JP31453893A JPH07145437A (ja) 1993-11-19 1993-11-19 かご形回転子の低圧鋳造用アルミニウム合金
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JP31453893A JPH07145437A (ja) 1993-11-19 1993-11-19 かご形回転子の低圧鋳造用アルミニウム合金

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CN103305725B (zh) * 2013-05-09 2015-06-03 哈尔滨工业大学 一种Al基复合材料及利用该Al基复合材料快速制备TiAl基复合材料板材的方法
US11421304B2 (en) 2017-10-26 2022-08-23 Tesla, Inc. Casting aluminum alloys for high-performance applications
CN112567059A (zh) * 2018-08-02 2021-03-26 特斯拉公司 用于压铸的铝合金

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CN1043158C (zh) 1999-04-28
CN1107897A (zh) 1995-09-06

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